İÇ ISI ÜRETİMLİ SİLİNDİRİK ÇUBUKLARDA BİRLEŞİK ISI TRANSFERİNİN SAYISAL ANALİZİ

Yıl 2005, Cilt: 21 Sayı: 1, 140 - 153, 01.02.2005

Bilge Albayrak

Öz

Birleşik ısı transferi olarak adlandırılan iletim ve taşınımla ısı transferinin mühendislikte bir çok uygulamaları bulunur. Bu çalışmada, eşkenar üçgen şeklinde düzenlenmiş içerisinde ısı üretimi olan üç silindirik çubuk etrafında zorlanmış taşınımlı birleşik ısı transferi incelenmiştir. Ayrıca inceleme, serbest akım hızının beş farklı durumu (u∞=1, 2, 3, 4 ve 5 m/s) ve ana ve yardımcı koordinat sistemi arasında altı farklı dönme açısı durumu (α=0, π/12, π/6, π/4, 5π/12 ve π/2) için yapılmıştır. Silindirler içerisinde ısı iletimi (1) ve silindir yüzeylerinden akışkan ortamına ısı taşınımı (2) olmak üzere iki özellik dikkate alınmıştır. Bu çalışmanın amacı bu birleşik ısı transferini sayısal olarak çözmektir. Bu yüzden, sayısal hesaplamalar PHONEICS 3.2 bilgisayar kodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İlgili hız vektör alanları, ilgili sıcaklık (θ) ve boyutsuz basınç katsayısı (CP*) dağılımları α ve u∞’un tüm durumlarında teker teker hesaplanmıştır. Serbest akım hızının artmasıyla boyutsuz basınç katsayısı önemli bir şekilde azalmış ve daha etkin bir soğutma sağlamıştır. α’nın tüm durumlarında, özellikle simetrik düzenlemelerde her bir silindir içerisindeki sıcaklık dağılım profilleri yüksek serbest akım hız durumunda diğer silindirlerin profillerine benzerdir.

Anahtar Kelimeler

Birleşik ısı transferi, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Silindirik çubuk.

NUMERICAL ANALYSIS OF CONJUGATE HEAT TRANSFER OF CYLINDRICAL RODS WITH INTERNAL HEAT GENERATION

Öz

Both of conduction and convection heat transfers that called conjugate heat transfer occur in many engineering applications. In this study, the conjugate forced convection flow around three cylindrical heat generating cylinders in equilateral-triangular arrangement has been investigated. Also investigate has been done for the six different cases of axis rotation angle between the main and auxiliary coordinate systems (α=0, π/12, π/6, π/4, 5π/12 and π/2) and the five different cases of free stream velocity (u∞=1, 2, 3, 4 and 5 m/s). Two phenomena have been considered as; (1) conduction inside the cylinders and (2) convection from the cylinders surface to the surrounding fluid. The aim of this study is to solve numerically this conjugate heat transfer. Therefore, the numerical calculations have been performed by using the PHONEICS 3.2 computer code. The relative velocity vector fields, relative temperature (θ) and dimensionless pressure coefficient (CP*) distributions have been calculated individually in all cases of α and u∞. The increment of free stream velocity significantly decreases dimensionless pressure coefficient and supplies more effective cooling. In all cases of α, especially the symmetric arrangements, the temperature distribution profiles inside the each cylinder in the case of high free stream velocity are quasi-equal to the profiles of the other cylinders.

Anahtar Kelimeler

Conjugate heat transfer, Computational fluid dynamics, Cylindrical rod

Kaynakça

• Bassam, A., and Abu-Hijleh, K., Laminar mixed convection correlations for an isothermal cylinder in cross flow at different angles of attack. International Journal of Heat and Mass Transfer; 42, 1383-1388, 1999.
• Goto, E., and Yoshida, N., Formulas for viscous fluid and heat flows around a hexagonal lattice of circular tubes. Fluid Dynamics Research, 18, 211-222, 1996.
• Kitamura, K., Kami-iwa, F., and Misumi, T., Heat transfer and fluid flow of natural convection around large horizontal cylinders. International Journal of Heat and Mass Transfer, 42, 4093-4106, 1999.
• Mingyu, W., and Georgiadis, J. G., Conjugate forced convection in crossflow over a cylinder array with volumetric heating. International Journal of Heat and Mass Transfer, 39, 1351-1361, 1996.
• Jilani, G. S., Jayaraj, and Ahmad, M. A., Conjugate forced convection-conduction heat transfer analysis of a heat generating vertical cylinder. International Journal of Heat and Mass Transfer, 45, 331-341, 2002.
• Hatipoğlu, F., and Avci, I., Flow around a partly buried cylinder in a steady current. Ocean Engineering, 30, 239-249, 2002.
• Vijaysri, M., Chhabra, R.P., and Eswaran, V., Power-law fluid flow across an array of infinite circular cylinders: A numerical study. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 87, 263-282, 1999.
• Mahfouz, F. M., and Badr, H. M., Forced convection from a rotationally oscillating cylinder placed in a uniform stream. International Journal of Heat and Mass Transfer; 43, 3039-3104, 2000.
• Tsutsui, T., and Igarashi, T., Drag reduction of a circular cylinder in an air-stream. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 90, 527-541, 2002.
• Gu, Z., and Sun, T., Classifications of flow pattern on three circular cylinders in equilateral-triangular arrangements, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 89, 553-568, 2001.
• Yapıcı, H., Temperature distribution in mixed ThO2-UO2 fuel rods located in blanket of an inertial fusion energy breeder, Annals of Nuclear Energy, 29, 2187-2209, 2002.
• Yapıcı, H., İpek, O., and Özceyhan, V., Temperature distribution in nuclear rod and variation of the neutronic performance parameters in (D-T) driven hybrid reactor system. Annals of Nuclear Energy, 28, 1825-1850, 2001.
• Yapıcı, H., İpek, O., and Übeyli, M., Investigation of the performance parameters and temperature distribution in fuel rod dependent on operation periods and first wall loads in fusion-fission reactor system fueled with ThO2. Energy Conversion and Management 2002, (in press).
• Spalding, D.B., PHOENICS code manual, CHAM, London, 1999.